高中生物虚拟实验教学的实践创新研究

余晶晶

摘 要：在高中生物教学过程中，实验教学是非常重要的教学内容，通过实验教学更能够让学生学习和掌握生物知识，并且还能够培养学生的实验操作能力，了解生物实验流程，有利于提升学生生物素养。但是，由于各学校的条件存在差异，再加上部分生物实验要求过高，导致了生物教师无法在现实中实现，因此便可以将虚拟实验融入教学实践中。基于此，本文就针对高中生物虚拟实验教学的实践创新进行研究，首先探讨虚拟实验教学的应用价值，然后分析虚拟实验教学的优势，再提出虚拟实验教学实践策略，最后讨论虚拟实验使用的注意事项。

关键词：高中生物；虚拟实验；实践策略

虚拟实验是利用计算机、网络等先进技术，为学生创造生物实验场景，利用虚拟实验完成生物实验教学。由于虚拟实验不仅操作简单方便，而且还具有较高的教学效率，解决学校在实体实验上的限制，从而取得良好的实验教学效果。然而，若想要充分利用虚拟实验，应当为其创造良好条件，并提出有效的实践策略，使其能够替代实体实验。将虚拟实验引入高中生物教学中，还能够将原本无法进行的实验呈现给学生，为学生提供更多实验机会，有利于学生从中获得成长和发展。下面笔者就针对相关内容进行详细阐述。

一、高中生物虚拟实验教学的应用价值

将虚拟实验应用于高中生物实验教学中有利于提升教学效率与质量，也能够大大提升生物学习效率，从而节省大量的教学成本，也能够避免实验材料与设备出现过度消耗的问题，并保障了学生自身的安全。在传统教学模式下，让学生参与到实验中具有一定危险性，为了保障学生在实验过程中的安全，学校都制作了较为繁多的实验操作规章，如此则导致了学生在实验过程中常常束手束脚，难以体会到实验的乐趣，同时由于实验条件容易受到影响，即便有教师的指导，学生也会犯下各种错误，导致教师只能够采取演示实验的方式完成实验教

学[1]。因此，不管是从任何角度来看，虚拟实验成为高中学校进行生物实验教学的重要手段。例如：利用虚拟实验能够让学生先练习实验操作，熟练掌握实验步骤与过程，了解实验过程中各种注意事项，为其之后的实际操作打下良好基础，如此不仅能够大大提升其自身了解程度与认识程度，还能够规避实验风险，降低实验损耗。另外，虚拟实验还能够为学生创造良好的操作环境，解决传统实验存在的缺陷。利用虚拟实验进行生物实验教学打破了时间以及其他条件的制约，学生可以自由进行操作，并且还能够监测评价实验操作情况，了解学生学习的薄弱处，为教师教学计划的调整提供依据。

二、高中生物虚拟实验教学的优势

（一）建构模型教学

模型是人们对客观事物或具体问题进行抽象化处理，所形成的一种形式化表达。生物模型主要指的是生物研究模型中将没有本质联系或是次要的内容去除，更加简单且直接将生物原型展现出来，或是反映出原型上所具有的特征以及对理想物质与过程进行联想所形成的结构。在生物学教学过程中，最为重要的模型主要包括了数学模型、物理模型以及图表模型等，教师应当根据教学内容采取虚拟实验的方式，构建出各种不同类型的模型，促使学生能够深入理解与学习生物知识，从而提升了高中生物教学质量[2]。

（二）优化教学资源

根据当前高中生物实验教学情况，因为受到课时、场地以及资金等方面因素的限制，导致实验教学无法得到更好展开，所以通过虚拟实验能够充分利用其本身的优势对教学资源进行优化。在传统生物实验教学中，存在很多不足之处，具体体现在以下方面：（1）课时安排。当前，我国高中生物教育依然还是应试教育，学校为了能够拥有一个较为理想的升学率，提升学生高考时的成绩，常常会削减实验教学时间，此种课时安排将会对实验教学产生影响[3]。（2）实验仪器欠缺。高中生物实验需要使用到很多仪器设备，而高中学校则在此方面存在欠缺，也就不具备实验教学的条件。（3）城乡教育资源存在巨大差距，乡镇高中缺乏实验教学条件，也就无法通过实验教学的方式展开生物教育工作。相较于传统实验教学来说，虚拟实验则能够有效解决上述问题，虚拟实验并不会受到时空的限制，只需要有网络与电子设备便能够进行虚拟实验，从而获得良好教学效果，并且还能够缩小城乡高中在教学资源上存在的差距。

（三）克服传统实验教学弊端

影响高中生物实验教学的因素有很多，主要包括实验材料的缺乏、教师的不重视等，也就无法利用实验教学讲解生物知识理论。相较于传统实验而言，虚拟实验具有很多优势，主要体现为：（1）不需要再等待生物反应时间，如对酵母细胞呼吸方式进行实验研究，采用传统实验方式需要长达十几个小时才能够得到实验结果，利用虚拟实验的方式只需要1分钟便能够完成实验，并获得最终实验结果[4]。（2）虚拟实验在操作上更为简单，教师和学生只需要利用鼠标与电脑便能够完成生物实验教学工作。（3）虚拟实验更加安全。在进行生物实验时，不可避免会使用到酒精等材料，实验过程中由于学生操作的失误等方面因素容易出现安全问题，而虚拟实验则不会让学生接触到危险位置，因此利用虚拟实验的方式更为安全。

三、高中生物虚拟实验教学实践策略分析

（一）利用虚拟实验规范学生操作

采取虚拟实验措施除了能够激发出学生自身的学习兴趣以外，而且还能够解决传统实验中存在的各种问题，利用虚拟操作让学生对实验过程有一个全面了解，对实验现象进行观察。例如：“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”，教师通过采取分层递进方式让学生对实验操作、相关设备等有一定的了解，利用不同类型的演示方式进行虚拟实验，激发出学生生物实验学习兴趣，有利于学生对物质鉴定实验的操作方法以及原则都有一个准确掌握。通过虚拟实验可以让学生更为准确地观察结果与过程。例如：利用虚拟实验学生可以对发生减数分裂的染色体进行观察，同时还要能够对不同分裂阶段图像做出准确分辨[5]。虚拟实验的出现与使用能够让学生通过经验积累使其实验操作水平得到明显提升，对于实验操作的完成能够起到积极作用，并得到实验需要的数据，最终获得實验结果。将虚拟实验从生物逐渐向其他学科进行辐射，有利于培养教师的资源意识，灵活利用技术为教学工作的展开提供辅助，将学科和信息技术展开深度融合，如此则能够明显提升教学效率。学校还需要加强教师团队建设工作，提升教师虚拟实验教学能力，能够根据教学需求灵活应用虚拟实验，充分发挥出虚拟实验的作用，全面提升生物实验教学质量。

（二）综合利用实体实验与虚拟实验

高中课堂教学一直都是灵活利用各种教学手段，如：学习“鉴定细胞的活性”内容时，教师通过综合利用实体实验与虚拟实验，使得学生能够对其中知识点有一个深入了解，从而打破教学难点。教师还要借助翻转课堂在课前让学生对实验原理有一定了解，并对显微镜操作规范进行复习，为其参与实体实验奠定良好基础。在教学实践中，应当重视学生的主体地位以及课堂学习体验，对现代化技术加以合理运用，不仅能够让课堂节奏变得更加紧凑，而且还能够让各环节的衔接变得非常流畅。作为教师切勿在教学时拘泥于某个知识点或是实验，应当整合所有实验，让学生仔细进行观察与思考，以便解决课堂教学问题。通过利用虚拟实验平台，教师通过对学生进行引导，从虚拟实验中借助VR设备对显微镜的使用过程进行回顾。然后，再利用真实的实验，让学生可以使用显微镜展开鉴定操作，对烧杯中黑藻细胞存活情况进行鉴定。当完成实验以后，给予学生一定时间对实验进行分析，利用问题引导学生进行深入思考，如采用何种方式具有更高准确性且操作更为方便。通过让学生分析问题可以对学生思维能力进行锻炼，从而提升学生综合素养。将实体实验和虚拟实验相结合，能够调动学生学习兴趣，在小组配合过程中也会变得更加默契，从而获得良好的实验效果，而且学生还能够在此过程中学习实验操作要点，了解到规范实验操作对实验结果将会产生非常大的影响。

（三）利用虚拟实验解决传统实验问题

部分生物实验对外部条件有着非常高的要求，需要采用特定方式进行，然而当前很多高中学校自身生物实验条件有限，无法有效完成此类实验，此时则可以借助虚拟实验进行实验教学。虚拟实验主要是用于模拟实验过程、实验结果等，教师通过网络寻找相应的资源与素材，从中选择最适合的内容。利用虚拟实验可以让学生对整个实验有一个全面了解，而且还能够将实验操作中的每项步骤呈现给学生，促使学生能够对实验进行方式有一个深入了解。通过使用虚拟实验能够帮助教师解决以往实验教学过程中所存在的问题，针对微观实验或是现有条件无法展开的实验而选择的替代措施。例如：对根尖分生组织细胞的有丝分裂进行观察时，该实验最为重要的是先对根尖进行培养，此项准备工作很少有学生能够完成，只能够由教师提前准备，若是学校中缺少专职实验老师，那么便会大大增加生物教师的工作负担。进行该实验最佳的时间为每天的10点到14点，然而由于实际情况制约，无法让所有班级学生都在该时间段进行实验，若是在其他时间段进行该实验则难以达到预期效果。采用虚拟实验的方式进行实验，可以将整个实验过程、操作以及结果呈现给学生，也是解决传统实验问题的有效方法。根据最终所呈现的实验教学效果，借助虚拟实验除了可以有效解决原本实验教学中存在的问题，还能够达到预期教学目标，促使学生学习和掌握相关实验知识与内容。

（四）利用虚拟实验推动学生自主实验

在科技高速发展过程中，为教学服务的工具变得越来越多，并且还出现了虚拟实验系统，改变了生物实验教学工作。对于很多学校可以利用该系统替代实体实验，利用虚拟实验的方式让学生能够有效完成各项实验操作，以便锻炼学生实验技能。在进行虚拟实验时，系统会展开全程跟踪记录，并对学生的操作进行指导，若是在操作过程中出现了失误，系统便会做出提示。这在一定程度上将会给自主实验的展开起到推动作用，学生通过虚拟实验系统指导而完成实验探究，最后使得实验过程变得独立，从而得到实验结果。当下，在高中生物教学中引入了虚拟实验系统，将教学优越性充分体现出来。虚拟实验系统将会放大实验操作细节，同时配合讲解，例如：学生通过对切片动作技巧进行观察，之后再进行练习，如此则能够明显提高实验成功率。还以对根尖分生组织细胞的有丝分裂实验为例，利用虚拟实验能够帮助学生解决因为时间控制问题而出现的误差。在进行压片时，学生所施加的压力可以借助压力感受器传输到系统中，此时系统便会将压力大小显示出来，再利用三维动画将压力对根尖细胞起到的作用以及产生的变化显示出来。如此一来，便能够在学生头脑中形成良好画面感，对力度进行有效控制。虚拟实验还能够准确判断分析学生操作行为是否存在问题，若是出现了问题应当对其进行提示。所以，虚拟实验为学生生物实验探究提供了保障，规范了学生操作行为，从而获得真实的实验结果。

四、虚拟实验使用的注意事项

在使用虚拟实验的过程中，应当注意以下三方面：（1）讲解使用要点。在实验中，应当对需要注意的地方进行讲解，但是虚拟实验常常无法做到详细讲解，例如对斐林试剂进行配置时，当A、B液发生反应完全以后再加入待测样品中，而且斐林试剂应当作到现用现配。针对虚拟实验中没有讲解的相关内容，需要教师对其进行详细讲解。（2）筛选实验内容。在高中生物中进行实验所包含的类型有很多，如观察类、探究类等，但并非全部实验都能够应用在教学中。例如显微镜实验，虚拟实验所存在的不足很多，难以对显微镜的粗（细）准焦螺旋，所以使用虚拟时应当与教学内容和实验类型相契合。（3）控制好实验的时间和进度。不管是教师还是学生对相关软件都要能够熟练掌握，并灵活利用软件进行虚拟实验。例如：利用NB虚拟实验仿真软件进行虚拟实验需要时间为1分钟到5分钟，再加上教师的讲解，整个虚拟实验教学需要的时间为15分钟到20分钟，所以教师与学生要能够在课前熟练掌握虚拟实验软件，避免对教学进度产生不良影响。只有格外注重虚拟实验过程中的各项注意事项，那么就能够在一定程度上弥补虚拟教学的不足，充分发挥出虚拟教学的作用，从而提升生物实验教学质量。

结束语

总之，虚拟实验的出现帮助高中生物教师解决实验教学难题，用虚拟实验替代实体实验不仅能够让学生参与到更多生物实验中，而且还能够打破实体实验教学的限制，更好地完成生物实验教学工作。对于虚拟实验在高中生物实验教学中的应用策略，文章主要是从利用虚拟实验规范学生操作、综合利用实体实验与虚拟实验、利用虚拟实验解决传统实验问题、利用虚拟实验推动学生自主实验四个方面进行论述，通过合理利用虚拟实验能够有效改善当前高中生物实验教学现状，不断提升高中生物实验教学水平，从而实现实验教学目标。

参考文献

[1]王婧.基于创新理念的高中生物实践课教学研究[J].中学课程辅导（教学研究），2021，000（3）：28.

[2]韩国良.虚拟仿真实验在高中生物实验教学中的应用研究[J].青海教育，2021（6）：49，51.

[3]姚丽梅.高中生物创新实验室建设实践：以江苏省太仓高级中学为例[J].中国教育技术装备，2021（3）：30-31，34.

[4]张继斌.高中生物學“互动创新”式教学研究[J].中学生物教学，2021（6）：8-9.

[5]荣娜于.模型建构在高中生物教学中的应用研究[J].教学方法创新与实践，2021，4（8）：50.

本文系福州市教育信息技术研究2022年度立项课题“高中生物虚拟实验教学的实践创新研究”（立项编号：FZDJ2022B19）的阶段性成果。